Automovilismo - 100 años de dirección

Por Mort Schultz


ENGRANAJE DE DIRECCION DE PIÑON Y CREMALLERA	MECANISMO DE SIN FIN Y TUERCA SUNBEAM


ENGRANAJE DE DIRECCION Y SIN FIN Y RUEDA RUEDA SIN FIN BENTLEY	ENGRANAJES EPICICLICOS SINGER DE DIRECCION	CAJA MARLES DE ENGRANAJES DE BOLAS RECIRCULANTES

DIRECCION DE TUERCA Y SIN FIN LAVIN

ENGRANAJES DENTADOS DE BISEL Y PIÑON REO

Todos los engranajes de dirección que hoy conocemos (y otros olvidados) ya habían usados en el año 1923. El diseño "moderno" de cremallera y piñon data del año 1885. Muchos automóviles norteamericanos usaron muchas variaciones del diseño de sin fin y bolas recirculantes. Los diseños Singer y REO están entre los más extraños

En 1896, Frederick Strickland persuadió a su amigo. A.J. Drake, para que le instalara una columna y un volante de dirección de tipo marino en su nuevo automóvil Daimler Phaeton. Strickland fabricaba lanchas de vapor como medio para ganarse la vida; Drake dirigía la Daimler Co Ltd. de Gran Bretaña. Había otros Daimler Phaeton -al igual que prácticamente todos los autos que se vendían a ambos lados del Atlántico- equipados con timón.
Los intentos anteriores por instalar volantes de dirección en vehículos de motor no habían gozado de la aceptación del público. En 1872, Charles Randolph, de Escocia, fue el primero en probar un volante de dirección en un vehículo dotado con un motor de gasolina. Pero es muy probable que el primer vehículo de motor en el mundo que ya contase con un volante de dirección fuera el Dudgeon Steamer, modelo del año 1857.
Al igual que todos esos primeros experimentos, parecía ser que el volante de dirección de la Phaeton estaba destinado al olvido. Montado en lo alto de una columna vertical, el volante casi llegaba al nivel de los ojos. Cualquier persona que midiera 1.65 m (5 pies 5") de estatura o menos experimentaba dificultades para ver por encima y alrededor del volante.
En 1897, el Phaeton de Strickland, todavía equipado con este volante de dirección, fue llevado a la fábrica Daimler en Conventry para un reacondicionamiento completo. Esto requirió la separación de la carrocería y el chasis del automóvil. Para colocar de nuevo la carrocería se utilizó una eslinga, mas esta última se deslizó repentinamente y la carrocería cayó a través de la columna de dirección. El impacto dobló la columna, inclinándola varios grados de su posición vertical.
Un trabajador se sentó en el asiento del conductor y de inmediato verificó que el nuevo ángulo de la columna y del volante constituía una gran mejora. Como resultado de ello, el Daimler Parisian modelo de 1900 se convirtió en el primer automóvil de producción en serie que ya contase con un volante montado en una columna de dirección inclinada.
En los primeros automóviles, las ruedas y los ejes delanteros estaban unidos para formar una sola unidad, la que se movía en forma de pivote sobre un solo punto, en el centro del eje. Se fijó un poste al punto central del eje para extenderlo hacia arriba, a través de la tabla del piso. Se aseguró un timón al poste para guiar el vehículo.
Este sistema dio buenos resultados, pero aquélla era la época en la cual los vehículos de motor no corrían a una velocidad mayor que la de los caballos. Pero, al aumentar la velocidad, los fabricantes de automóviles buscaron un sistema que permitiera a los autos contar con una mayor exactitud de dirección y que redujera ese efecto de rozamiento que hacía que los neumáticos se desgastaran después de un recorrido de apenas 160 km (100 millas). Encontraron lo que buscaban en una teoría que había sido formulada en el año de 1818.
La idea surgió de un alemán, llamado George Lenkensperger. El había desarrollado un eje que permitía que las ruedas delanteras oscilaran independientemente del eje principal. Suponía la instalación de ruedas en husillos (o muñones de dirección) que se fijaban con pasadores al eje delantero, sobre el cual giraban.
El principio de Lenkensperger fue adoptado por la joven industria del automovilismo, pero al pobre Lenkensperger nunca se le dio el merecido reconocimiento por su invento. La paternidad de éste fue atribuida a Rudolph Ackermann, un vendedor y editor de libros de Londres, quien quizás no podía diferenciar un husillo de una rueda. Lankensperger le cedió los derechos de su invento a Ackermann en Gran Bretaña y Gales, perdurando a través del tiempo el nombre de Ackermann.
Otro hombre que nunca fue reconocido por su notable contribución al desarrollo del sistema de dirección moderno fue Jeantaud, un constructor francés de carrozas. En 1878 él inventó el primer empalme de dirección de tipo de paralelogramo, aunque no le dio ese nombre.
El empalme Jeantaud desplazaba el punto de pivote del eje de dirección hacia un lado. Jeantaud fijó una varilla a los husillos con dos piezas de conexión. Hoy a esa varilla la conocemos como la varilla de relevo. Las dos piezas de conexión se conocen en la actualidad como el brazo Pitman y el brazo loco.

Es evidente la sencillez del sistema de cremallera y piñon (dibujo superior) al compararlo con el sistema Pierce-Arrow de paralelogramo. Los sistemas modenos el contrabrazo y el eje

Jeantaud conectó el extremo de la columna de dirección al brazo Pitman. Al girar la columna de dirección, le transmite movimientos a las ruedas mediante el brazo Pitman y el brazo loco, la varilla de relevo y los husillos de las ruedas.
Durante los comienzos del Siglo XX, al volverse los automóviles más pesados y rápidos y al ser substituidos los neumáticos sólidos por neumáticos de aire, se hizo aparente la necesidad de reducir el esfuerzo de la dirección. Con la columna de dirección fijada directamente al empalme de la dirección, era difícil controlar el volante. Los conductores descubrieron que no eran lo suficientemente fuertes para guiar estos vehículos, los que a menudo terminaban cayendo dentro de zanjas.
Para disminuir el esfuerzo de la dirección, los ingenieros colocaron un engranaje de reducción (dirección) entre el volante de dirección y el empalme. y hasta la fecha esto no ha cambiado.
El primer mecanismo de reducción consistía en un engranaje sin fin. Este engranaje, fijado al extremo de la columna de dirección, impulsaba a otro engranaje (o una rueda de tornillo sin fin o un rodillo) que hacía girar un eje conectado al brazo Pitman. El engranaje sin fin y la rueda sin fin se colocaban en una caja de hierro vaciado fijada al bastidor.
El mecanismo básico de reducción de engranaje sin fin y ruedas sin fin ha servido a la industria del automovilismo por muchos años, con un par de notables excepciones. Una ocurrió en 1908, cuando Henry Ford presentó su auto Modelo T. Este tenía un engranaje de dirección que hasta la fecha no ha sido duplicado.
Ford instaló un juego de engranajes con movimientos epicíclicos o planetarios dentro de una caja pequeña directamente debajo del volante de dirección. El juego de engranajes planetarios impulsaba a un engranaje principal que Ford fijó al eje de la dirección. Esto colocaba al engranaje de dirección bajo las manos del conductor, en lo alto de la columna de dirección, en lugar de en su base.
Otra excepción con respecto al engranaje básico de dirección de sin fin y rodillo se produjo en el año de 1923. Para reducir la fricción entre el rodillo y el engranaje sin fin, Henry Marles, de Detroit, colocó cojinetes de bolas entre los dos. Este tipo de engranaje de dirección se conoce ahora como el engranaje de dirección de bolas recirculantes y se emplea todavía en muchos autos norteamericanos grandes y en algunos modelos japoneses.
El primer uso de un engranaje de dirección "moderno" de cremallera y piñón fue en el auto Benz de 1885. También se empleó en el Cadillac de 1905 y en muchas otras marcas de automóviles producidos entre 1911 y 1920.

En Cadillac de 1914 tenía un volante de dirección inclinable. Esta idea data por lo menos de 1903

La necesidad de un motor

No obstante la adaptación del engranaje de dirección, todavía no era fácil conducir un automóvil. Al volverse los autos más pesados y al dificultarse su dirección, los conductores comenzaron a exigirles a los fabricantes que facilitasen el control de la dirección de los vehículos. Así pues, había llegado el momento de volver a introducir una innovación que había sido creada desde hacía ya tres cuartos de siglo: la dirección motriz.

En 1954, la Cadillac fue la primera firma en instalar un sistema de dirección motriz como equipo de norma en sus automóviles. Sin embargo, la historia de la dirección motriz data de muchos años antes.
El primer sistema de dirección motriz fue instalado en un vehículo en 1876; pocos saben que el que hizo esto fue un hombre llamado Fitts. Se sabe también que se instaló un sistema de dirección motriz en el camión de 5 toneladas columbia de 1903. Este camión empleaba un motor eléctrico para activar el mecanismo de la dirección.
Una edición de 1905 del "Motor Age" comentaba lo siguiente al escribir sobre el sistema de dirección motriz del Columbia: "Este sencillo dispositivo, según se dice, puede hacer que el camión corra a una velocidad de 29 kph (18 mph) y se mantenga en una trayectoria recta". Hoy día nos preguntamos cuál era la velocidad a la que transitaban los otros camiones de 5 toneladas de peso.
A partir de 1903 aparecieron varios mecanismos de dirección motriz, principalmente para ser usados en camiones. Algunos funcionaban con el vacío, y otros con aire a presión.
En 1928 la firma Vickers Co. fabricó el primer sistema de dirección motriz hidráulica de tipo práctico, el cual fue desarrollado por Francis W. Davis. Así se estableció un sistema que fue adoptado por la industria automotriz y convertido en equipo de norma 26 años después. Primero, sin embargo, tuvo que dar pruebas de su eficiencia, lo que se hizo durante la Segunda Guerra mundial en camiones grandes y vehículos blindados.

Los faros que giran son más viejos que el citröen de 1968 y el Tucker de 1948. Este faro de 1920 se le instalaba a los Ford Modelo T

Futuros desarrollos

Ya seguramente el lector habrá visto que el desarrollo de los componentes que forman los sistemas de dirección de hoy data de tiempos anteriores a la existencia del automóvil en sí. Hasta el volante de dirección inclinable, el cual muchos creen que constituye una innovación moderna, se probó primero en un Marr Runabout en 1903. Se le dio el nombre de "volante para gordos", por razones obvias.

Desde hace mucho tiempo no ha habido muchas innovaciones en lo que respecta a los sistemas de dirección de automóviles (sólo mejoras de viejas ideas). Pero esto está cambiando debido a la electrónica.
El Toyota Cressida de 1985 es el primer modelo de producción en serie cuya dirección está controlada por una computadora. La Toyota le ha dado a este sistema el nombre de Dirección Motriz Progresiva de Cremallera y Piñón.
Un sensor en el volante de dirección vigila la rotación del volante y le transmite señales a la computadora. Esta controla una válvula de regulación de flujo, en el conducto de admisión del líquido hidráulico, el cual se conecta a la cremallera. Cuando se hace girar el volante de dirección, se reduce el flujo hidráulico para que la dirección sea más firme.
Además, a velocidades de autopista, cuando se requiere un esfuerzo menor de la dirección, la computadora le indica a la válvula de control de flujo que reduzca el flujo del líquido hidráulico y le proporcione más firmeza a la dirección. Al estacionar o virar mientras el auto se mueve con lentitud, la computadora hace que la válvula de control aumente el flujo del líquido hidráulico. Esto permite darle vueltas al volante de dirección con mayor facilidad.
Si los sistemas de dirección no siguen evolucionando, podremos decirles a nuestros biznietos que vivimos durante una era histórica. Quizás la dirección computarizada sea el único invento relacionado con la dirección en los próximos 100 años.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 38 - Agosto de 1985 - Número 8